Лекция 10 Нейтрализация

Нейтрализация ‑ обработка воды с целью регулирования значения рН. При нейтрализации идет реакция между ионами водорода и гидроксила, которая приводит к образованию недиссоциированных молекул воды.

Если артезианские воды проходят по гранитным породам, то в такой воде может оказаться повышенное содержание диоксида углерода СО₂. Вода может стать кислой после обработки ее коагулянтами.

В сточных водах наиболее часто встречаются серная, соляная, азотная, реже фосфорная, уксусная, фтороводородная кислоты. Однако в промышленных водах в большинстве случаев наряду с кислотами содержатся растворенные соли цветных и тяжелых металлов. В этом случае при нейтрализации кислых вод щелочь расходуется на осаждение гидроокисей, основных солей, карбонатов металлов.

Химический контроль полноты нейтрализации проводят по изменению величины рН.

Кислые производственные сточные воды или кислые регенерационные растворы ионообменной технологии нейтрализуют любыми щелочами или солями, образованными сильным основанием и слабой кислотой: едким натром, едким кали, известью. известняком. доломитом, мрамором, мелом, магнезитом, содой, отходами щелочей и т.п. Наиболее дешевым и доступным является гашеная известь.

НСl + NaOH  NaCl + Н₂О;

H₂SO₄ + 2NaOH  Na₂SO₄ + 2H₂O;

2НСl + Ca(OH)₂ СаСl₂ + 2Н₂О;

H₂SO₄ + Ca (OH)₂  CaSO₄ + 2H₂O;

HCl + Na₂CO₃  2 NaCl + H₂O + CO₂;

H₂SO₄ + Na₂CO₃  Na₂SO₄ + H₂O + CO₂.

При обработке сточных вод обязательно рассматривается возможность взаимной нейтрализации кислых и щелочных стоков, если и те и другие образуются в технологическом цикле производства.

Нейтрализация щелочных вод. Встречаются случаи нейтрализации вод с пониженным против равновесного содержанием диоксида углерода, а также сильнощелочных производственных сточных вод. Для нейтрализации используются либо СО₂ (см. «стабилизация воды, рекарбонизация», реакция 6)), либо серная, соляная, азотная, фосфорная и др. кислоты:

Са(ОН)₂ + 2СО₂= Са(НСО₃)₂;

Са (ОН)₂ + H₂SO₄ = CaSO₄ + 2H₂О

2NaOH + H₂SO₄ =Na₂SO₄ + 2Н₂О.

Нейтрализация серной кислотой из приведенных уравнений, может приводить к образованию относительно малорастворимого гипса CaSO₄2H₂O, который откладывается на стенках трубопроводов и аппаратуры. Растворы гипса обладают способностью к пересыщению, что затем приводит к усиленной кристаллизации. Для уменьшения этого явления применяют рециркуляцию (возврат образующегося осадка в зону реакции). Возврат концентрированного раствора препятствует пересыщению и способствует тем самым поддержанию условий равновесия.

При расчете количеств нейтрализующего агента составляют стехиометрическое уравнение реакции и принимают величину на 10% больше расчетной.

Практически нейтрализация кислых и щелочных вод может осуществляться взаимно; за счет щелочного резерва городских стоков или водоемов; фильтрованием кислых стоков через твердые щелочные агенты.

Применение непрерывно действующих фильтров, загруженных кусковым мелом, известняком, магнезитом. мрамором, доломитом и др. возможно при соблюдении следующих условий:

1. Концентрация серной кислоты не должна превышать 1,5 г/л, т.к. при большей концентрации количество образующегося сульфата кальция превысит его растворимость (2 г/л) и он начнет выпадать в осадок, который, покрывая поверхность нейтрализующей загрузки, затрудняет доступ к ней кислоты, значит, нейтрализация прекращается. Исключение составляет загрузка из карбоната магния, поскольку растворимость сульфата магния 355 г/л (по MgSO₄7H₂O).

2. нейтрализуемая кислая сточная вода не должна содержать растворенных солей металлов, т.к. при рН более 7 они будут выпадать в осадок в виде труднорастворимых соединений, которые закальматируют фильтр.

3. для непрерывно действующего фильтра рекомендуется применять начальную крупность загрузки 3–8 см, воду фильтровать снизу вверх с расчетной скоростью не более 5 м/ч и продолжительностью контакта не менее 10 мин.

Нейтрализующие агенты чаще готовят в виде 10%-ных растворов (едкий натр, едкое кали, сода, кислота). При нейтрализации кислых сточных вод густой известковой пастой или сухим известковым порошком доза активной окиси кальция берется в размере 140–150 % от расчетного количества, т.к. при сухом дозировании реакция между тв. и жид. фазами происходит не до конца и идет более медленно.